JJF 2032-2023 透射式能见度仪校准规范.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F2 0 3 22 0 2 3透射式能见度仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rT r a n s m i s s i o nV i s i b i l i t yM e t e r s 2 0 2 3-0 3-1 5发布2 0 2 3-0 9-1 5实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布透射式能见度仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rT r a n s m i s s i o nV i s i b i l i t yM e t e r sJ J F2 0 3 22 0 2 3 归 口 单 位:全国光学计量技术委员会 主要起草单位:陕西省计量科学研究院中国计量科学研究院中国测试技术研究院 参加起草单位:江苏省计量科学研究院国家气象计量站湖北省气象信息与技术保障中心 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J F2 0 3 22 0 2 3本规范主要起草人:李 奕(陕西省计量科学研究院)吴厚平(中国计量科学研究院)高红波(中国测试技术研究院)参加起草人:张 帆(江苏省计量科学研究院)周秉直(陕西省计量科学研究院)崇 伟(国家气象计量站)曾 涛(湖北省气象信息与技术保障中心)J J F2 0 3 22 0 2 3目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(2)5 计量特性(2)5.1 能见度示值相对误差(2)5.2 透射比示值误差(2)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果表述(5)9 复校时间间隔(6)附录A 透射式能见度仪校准原始记录推荐格式(7)附录B 透射式能见度仪校准证书内页推荐格式(8)附录C 透射式能见度仪的测量结果不确定度评定示例(9)附录D 高透射比量具及其校准方法(1 2)J J F2 0 3 22 0 2 3引 言J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 3 22 0 0 5 光学辐射计量名词术语及定义、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示和J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F2 0 3 22 0 2 3透射式能见度仪校准规范1 范围本规范适用于能见度测量范围不超过50 0 0m的透射式能见度仪的校准,不适用于带反射光路的透射式能见度仪的校准。使用红外光源的透射式能见度仪的校准可参照本规范执行。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G9 7 62 0 1 0 透射式烟度计J J G1 0 3 42 0 0 8 光谱光度计标准滤光器G B/T3 5 2 2 32 0 1 7 地面气象观测规范 气象能见度G B/T3 7 4 6 7 气象仪器术语凡注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语3.1 基线长度 b a s e l i n e l e n g t h透射式能见度仪发射端和接收端之间的距离。注:基线长度的单位为m。3.2 气象光学视程 m e t e o r o l o g i c a l o p t i c a l r a n g e;MOR白炽灯发出色温为27 0 0K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%时所通过的路径长度。注:1 根据科西米德(K o s c h m i e d e r)定律计算气象光学视程(MO R):MOR=-l n=al nl n=-2.9 9 6al n式中MO R为气象光学视程;为对比度阈值,一般取值0.0 5;为大气消光系数;a为基线长度;为透射比,即色温为27 0 0K的白炽光源发出的平行光束在大气中经过给定基线长度的光学路径后剩余的光通量的比率。对比度阈值是指视力正常的人其眼睛能察觉的最小对比度值。2 气象光学视程的单位为m。3.3 能见度 v i s i b i l i t y视力正常(对比度阈值为0.0 5)的人,在当时天气条件下,能够从天空背景中看到和辨认出目标物(黑色、大小适度)的最大水平距离。1J J F2 0 3 22 0 2 3注:1 能见度单位为m。2 气象学中,能见度用气象光学视程表示。4 概述透射式能见度仪(也称透射仪、光透过率检测仪、隧道烟雾浓度检测仪等)是通过测量光束在穿过已知长度的路径后,透过或衰减的程度来测定气象能见度的仪器。常用于气象预报及监测(道路、机场、港口)、边界安全、海上作业、隧道烟雾探测等领域。其利用光在大气中传播受到的直接衰减原理,将大气对光的吸收、反射、散射等都作为衰减,以厚度等于“基线”长度的气柱为样本,采用测量基线气柱的平均消光系数,从而得出气象能见度。透射式能见度仪通常由发射器、接收器、处理器以及显示终端组成,其通用组成结构示意图见图1。图1 透射式能见度仪通用组成结构示意图5 计量特性5.1 能见度示值相对误差能见度示值相对误差见表1。表1 能见度示值相对误差能见度测量范围能见度示值相对误差15 0 0m1 0%15 0 0m50 0 0m2 0%5.2 透射比示值误差透射比示值误差见表2。2J J F2 0 3 22 0 2 3表2 透射比示值误差能见度测量范围透射比示值误差15 0 0m-e x p(-2.9 9 6a/V)-e x p-2.9 9 6a/(0.9V)e x p-2.9 9 6a/(1.1V)-e x p(-2.9 9 6a/V)15 0 0m50 0 0m-e x p(-2.9 9 6a/V)-e x p-2.9 9 6a/(0.8V)e x p-2.9 9 6a/(1.2V)-e x p(-2.9 9 6a/V)注:1.a为基线长度,单位为m;V为能见度,单位为m。2.以上计量特性要求仅供参考,不作为判定依据。6 校准条件6.1 环境条件透射式能见度仪校准温度为33 5,校准过程中温度变化不超过3;相对湿度不超过8 5%。外出现场校准时,应在天气良好(能见度不低于1 0k m,无降雨)的条件下进行,所用标准器需配备屏蔽外界干扰光的遮光设施。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 光谱中性透射比标准滤光片组(a为基线长度,单位为m)。6.2.1.1 能见度校准范围:低于3 0a;6.2.1.2 可见光区光谱中性透射比标准滤光片每组共3片。透射比量值约为0.0 5、0.5 5、0.9 0,分别对应能见度约为a、5a、2 7a。6.2.1.3 滤光片外形尺寸不小于8 0 mm8 0 mm,中央有效测试区域直径不小于7 0mm,如果被校仪器光斑较大,须选用有效透光面积大于被校仪器光斑的滤光片。6.2.1.4 透射比扩展不确定度:U=0.0 0 5(k=2),对应能见度示值相对误差的扩展不确定度:U=5.0%(k=2)。6.2.1.5 依据J J G1 0 3 42 0 0 8的测量方法,滤光片透射比均匀性和几何中心透射比年变化量均不应超过0.0 0 2。6.2.1.6 需根据被校仪器的光源光谱分布和探测器的光谱响应范围,选择使用可见光区积分透射比或相应光谱透射比的溯源数据。6.2.2 高透射比量具(校准方法见附录D)6.2.2.1 能见度校准范围:3 0a50 0 0m。6.2.2.2 高透射比量具计量技术要求见表3。表3 高透射比量具计量技术要求能见度测量范围透射比扩展不确定度U(k=2)能见度示值相对误差的扩展不确定度U(k=2)3 0a,15 0 0m)e x p-2.9 9 6a/(1.0 2 5V)-e x p-2.9 9 6a/(0.9 7 5V)5.0%3J J F2 0 3 22 0 2 3表3(续)能见度测量范围透射比扩展不确定度U(k=2)能见度示值相对误差的扩展不确定度U(k=2)15 0 0m,50 0 0me x p-2.9 9 6a/(1.0 5V)-e x p-2.9 9 6a/(0.9 5V)1 0%注:1.a为基线长度,单位为m;V为能见度,单位为m;2.以上扩展不确定度应保留两位有效数字。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目7.1.1 透射比示值误差。7.1.2 能见度示值相对误差。注:校准项目根据被校仪器类型和客户需要校准。7.2 校准方法7.2.1 校准前的准备对透射式能见度仪的外观、各部分运行情况进行检查,确认仪器外观完好,确认仪器光源发射器出光口轴线已对准光探测器几何中心。正常运行后,方可进行校准。需要调零或调整1.0 0 0基线的仪器,按照仪器使用说明书调整后,方可进行校准。不同能见度校准点对应不同透射比的主标准器选用规则如表4所示。表4 能见度校准点对应不同透射比的主标准器选用规则表主标准器能见度校准点透射比校准点光谱中性透射比标准滤光片a0.0 55a0.5 52 7a0.9 0高透射比量具1 5 0a0.9 8 04 5 0a0.9 9 3 注:a为基线长度,单位为m。7.2.2 透射比示值误差按表4规定,被校仪器透射比校准点通常为5个,透射比量值约为0.0 5、0.5 5、0.9 0、0.9 8 0、0.9 9 3,透射比标准值以上级校准证书为准。光谱中性透射比标准滤光片作为主标准器时,在被校仪器的光源与光探测器之间光路上,依次加入标准滤光片,保证滤光片平面垂直于光束,待稳定后读取仪器示值。高透射比量具作为主标准器时,启动高透射比量具,使斩光器高速旋转,调节测量窗口放置位置和角度,保证斩光器旋转平面垂直于光束,待稳定后读取仪器示值。各校准点重复测量3次(每次需重新启动斩光器),按公式(1)计算出每一个校准4J J F2 0 3 22 0 2 3点的透射比示值误差。i=i-si(i=1,2,3,4,5)(1)式中:i 第i校准点透射比示值误差;i 第i校准点3次测量平均值;si 第i校准点透射比标准值。7.2.3 能见度示值相对误差按表4规定,被校仪器能见度校准点为5个,能见度量值约为a、5a、2 7a、1 5 0a、4 5 0a,能见度标准值以上级校准证书为准。校准较低能见度量程时(3 0a以下),使用光谱中性透射比标准滤光片作为主标准器。在被校仪器的光源与光探测器之间光路上,依次加入标准滤光片,保证滤光片平面垂直于光束,待稳定后读取仪器示值。校准较高能见度量程时(3 0a50 0 0m),使用高透射比量具作为主标准器。启动高透射比量具,使斩光器高速旋转,调节测量窗口放置位置和角度,保证斩光器旋转平面垂直于光束。待稳定后读取仪器示值。各校准点重复测量3次(每次需重新启动斩光器),用公式(2)计算出每一个校准点的能见度示值相对误差。EV i=Vi-Vm iVm i1 0 0%(i=1,2,3,4,5)(2)式中:EV i 第i校准点能见度示值相对误差;Vi 第i校准点能见度3次测量平均值,m;Vm i 第i校准点能见度标准值,m。8 校准结果表述校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性或应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;5J J F2 0 3 22 0 2 3l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9 复校时间间隔仪器的复校时间间隔建议为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。如果对仪器的检测数据有怀疑或仪器更换主要部件及修理后应对仪器重新校准。6J J F2 0 3 22 0 2 3附录A透射式能见度仪校准原始记录推荐格式原始记录编号证书编号仪器名称型号/规格制造厂出厂编号送校单位联系人及电话校准地点校准日期 年 月 日校准依据环境条件温度:;相对湿度:%标准器名称标准器编号证书编号不确定度/准确度等级/最大允许误差标准器有效期至年 月 日基线长度 m 1.外观检查:2.透射比校准:标准值仪器透射比示值平均值示值误差扩展不确定度U(k=2)3.能见度校准:标准值m能见度示值m平均值m示值相对误差%扩展不确定度U(k=2)校准员:核验员:7J J F2 0 3 22 0 2 3附录B透射式能见度仪校准证书内页推荐格式1.透射比校准:透射比标准值透射比平均值示值误差扩展不确定度U(k=2)2.能见度校准:能见度标准值m能见度平均值m示值相对误差%扩展不确定度U(k=2)以下空白8J J F2 0 3 22 0 2 3附录C透射式能见度仪的测量结果不确定度评定示例C.1 概述依据J J F2 0 3 22 0 2 3 透射式能见度仪校准规范中的校准方法,用一个超高透射比量具,对1台透射式能见度仪在某个校准点校准结果的不确定度进行评定。C.2 校准方法打开超高透射比量具,调节能见度仪校准装置测量窗口放置位置和角度,保证斩光器旋转平面垂直于光束。读取仪器示值,并重复测量3次,用公式(C.1)计算出该校准点的能见度示值相对误差。C.3 测量模型能见度示值相对误差表示为公式(C.1):Vi=Vi-VsiVsi1 0 0%(C.1)式中:Vi 某校准点的能见度示值相对误差;Vi 某校准点3次测量的能见度平均值;Vsi 某校准点的能见度标准值。灵敏系数:对公式(C.1)求偏导数,有Vi=1VsiVi-ViVsi2Vsi,即:c1=1Vsi,c2=-ViVsi2C.4 输入量的标准不确定度评定C.4.1 uV 的来源主要是被校仪器的测量重复性,它反映了各种随机因素的综合影响。因此采用A类方法评定。校准装置按要求调整后,按本规范规定,每个校准点重复测量3次,测量结果分别为8 5 0m、8 5 1m、8 4 9m,取平均值作为测量结果,使用极差法,可得到:uV =R/Cn =2m/1.6 9 3 0.6 8m被校仪器分辨力为满量程的0.1%或0.0 1%,其引入的不确定度分量约为0.0 2 9%或0.0 0 29%,小于重复性所引入的不确定度分量,故不考虑仪器分辨力所引入的不确定度分量。即被校能见度仪测量重复性引入的标准不确定度:uV =0.6 8m进行3次独立重复测量,其自由度为:=1.89J J F2 0 3 22 0 2 3C.4.2 输入量V的标准不确定度u(V)的评定u(V)的不确定度主要来源于上级计量部门校准证书,用B类方法评定。C.4.2.1 上级量传值的不确定度由上级校准证书得到,标准器的扩展不确定度Ur e l=4.0%,k=2,则能见度8 4 5m点标准值的标准不确定度为:uV1 =1 6.9m估计uV1 uV1 =0.2,则自由度为:V1 =12uV1 uV1 -2=1 2C.4.2.2 仪器定标时偏离理想大气能见度条件引入的不确定度由仪器定标偏离理想大气能见度条引入的不确定度分量,理想大气能见度约为2 7 7k m,校准时现场能见度不得低于1 0k m,对应2m基线长度时透射比相差0.0 0 06,对应在8 4 5m能见度下,其对应能见度约为7.6m系统偏差,此项服从均匀分布,则此标准不确定度为:uV2 =7.6m34.4m由于此项目不确定度是按偏离理想大气能见度的最大值计算的,则认为:V2 C.4.2.3 切割光线角度误差引入的不确定度由斩光器旋转平面与光路角度误差引入的不确定度分量,估计其最大变化量之绝对值为2 0m,此项服从三角分布,则此标准不确定度为:uV3 =2 0m68.2m此项目不确定度是按角度响应值误差的最大变化量计算的,则认为:V3 C.4.2.4 测量环境温度变化引入的不确定度由测量环境温度变化引入的不确定度分量,估计其最大变化量之绝对值为5m,此项服从均匀分布,则此标准不确定度为:u(V4)=5m32.9m此项目不确定度是按测量环境温度最大变化量计算的,则认为:(V4)C.5 输出量不确定度分量的评定透射式能见度校准装置标准不确定度分量,及相关信息列于表C.1。01J J F2 0 3 22 0 2 3表C.1 透射式能见度校准装置标准不确定度分量及相关信息不确定度来源输入量的标准不确定度u Vi /m灵敏系数ci标准不确定度分量ui=ciu Vi 自由度i类别测量重复性0.6 8c10.0 8%1.8A上级量传值1 6.9c22.0 1%1 2B偏离理想大气能见度条件4.4c10.5 2%B角度误差8.2c10.9 7%B温度误差2.9c20.3 5%BC.6 合成标准不确定度和扩展不确定度各标准不确定度分量彼此不相关,则被校能见度仪合成标准不确定度为:ucV =u V 2+u V1 2+u V2 2+u V3 2+u V4 2=2.3 2%有效自由度为:e f f=u4cV u4ii=2.3 240.0 841.8+2.0 141 2+0.5 24+0.9 74+0.3 542 1扩展不确定度的计算:取包含概率p=9 5%,查t分布表得:t9 52 1 =2.0 8 0透射式能见度仪测量结果的扩展不确定度为:U9 5=t9 52 1 ucV =5%,e f f=2 1对于被测量V的估计是一系列具有接近正态分布的输入量,它们均对测量结果有一定贡献,有效自由度较大。因此,测量结果可取为正态分布标准差的估计,则能见度示值相对误差的扩展不确定度:U=5%(k=2)能见度8 4 5m校准点对应透射比扩展不确定度:U=e x p-2.9 9 6a/(1.0 2 5V)-e x p-2.9 9 6a/(0.9 7 5V)(k=2)其中V=8 4 5m,a=2m,则透射比扩展不确定度:U=0.0 0 03(k=2)11J J F2 0 3 22 0 2 3附录D高透射比量具及其校准方法D.1 高透射比量具高透射比量具是一种高速旋转的确定透射比的扇形滤光片,相间部分的介质为空气,见图D.1。当扇形装置的透射比等于0时,称之为遮光体透射比量具;当扇形装置为透射比大于0.9 0的扇形滤光片时,称之为超高透射比量具。高透射比量具是用来校准透射式能见度仪的标准器。图D.1 高透射比量具1中心旋转轴,2遮光叶片或滤光叶片 遮光体透射比量具的扇形遮光叶片将圆形区域分割成遮光区和非遮光区,其透射比计算公式为:T=1-p,其中p为遮光体叶片圆心角之和与圆周角之比。超高透射比量具的透射比计算公式为:T=1-p(1-),其中为滤光片透射比,p为滤光片圆心角之和与圆周角之比。D.2 校准条件D.2.1 遮光体透射比量具测量标准a)万能工具显微镜或三坐标测量机等几何量测量装置,作为角度量值校准的主标准器;b)扇形遮光叶片圆心角角度量值的扩展不确定度为:U=3.5(k=2)。D.2.2 超高透射比量具测量标准D.2.2.1 角度量值溯源a)万能工具显微镜或三坐标测量机等几何量测量装置,作为角度量值校准的主标准器;b)扇形透射比滤光片圆心角角度量值的扩展不确定度为:U=1 0(k=2);c)高稳定度透射比测量装置:不稳定度不大于0.0 0 01/5m i n;在1 04动态范围内,非线性误差不超过0.0 1%。D.2.2.2 透射比量值溯源a)透射比量值测量方法依据J J G1 0 3 42 0 0 8;b)滤光片透射比量值的扩展不确定度:U=0.0 0 5(k=2);c)滤光片几何中心透射比年变化量和滤光片透射比均匀性均不应超过0.0 0 2;d)积分透射比计算方法依据J J F9 7 6附录A。21J J F2 0 3 22 0 2 3D.3 校准方法D.3.1 遮光体透射比量具透射比将遮光体透射比量具的扇叶拆卸,使用万能工具显微镜或三坐标测量机等几何量测量装置,测量两个遮光体扇叶的圆心角A1、A2,单位为()。同时,需测量扇叶旋转中心几何位置,并考虑该旋转中心与扇叶圆心角顶点几何位置不一致造成偏心所引入的误差。遮光体透射比量具透射比量值,用公式(D.1)计算:T=1-A1+A23 6 0(D.1)D.3.2 超高透射比量具透射比以下溯源方式可二选一。D.3.2.1 溯源方式一将超高透射比量具的扇叶拆卸,使用分光光度计测量扇形滤光片光谱透射比,如需要可进一步计算出积分透射比。使用万能工具显微镜或三坐标测量机,测量两个滤光片扇叶的圆心角B1、B2圆心角。同时,需测量滤光片扇叶旋转中心,并考虑该旋转中心与扇叶圆心角顶点不一致造成的偏心所引入的误差。超高透射比量具透射比量值,用公式(D.2)计算:T=1-B1+B23 6 0 1-(D.2)D.3.2.2 溯源方式二使用高稳定度透射比测量装置。利用替代法将遮光体透射比量具绝对透射比量值,赋予透射比量值接近的(透射比差异不超过0.0 0 5)超高透射比量具。D.3.3 高透射比量具在不同基线长度下的能见度标准值根据科西米德(K o s c h m i e d e r)定律公式(D.3),计算各校准点能见度标准值V0i。V0i=-2.9 9 6al nT0i(D.3)式中:V0i 第i校准点能见度标准值,m;T0i 第i校准点对应透射比标准值;a 基线长度,m。J J F2 0 3 22 0 2 3